Главная страница

Методы клеточной биологии Микроскопирование



НазваниеМетоды клеточной биологии Микроскопирование
страница8/14
Дата12.02.2016
Размер1.13 Mb.
ТипДокументы
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   14

2. Элонгация


1. К кодону, находящемуся в А-участке, за счет броуновского движения одна за другой подходят имеющиеся в цитоплазме тРНК. Антикодон одной из них оказывается комплементарен кодону, они соединяются.

2. Рибосомная РНК катализирует образование пептидной связи между двумя находящимися радом (в А- и П-участках) аминокислотами. При этом вся цепочка, находившаяся в П-участке, «перевешивается» на аминокислоту, находящуюся в А-участке.

3. Рибосома сдвигается на один кодон. Пустая тРНК уходит в цитоплазму, тРНК с полипептидом оказывается в П-участке, а в А-участке оказывается новый, еще не транслированный кодон.

3. Терминация


Когда в А-участке оказывается один из трех стоп-кодонов, к нему присоединяется белок освобождения. Он отсоединяет белковую цепочку от рибосомы, синтез белка прекращается.

Регуляция синтеза белка у прокариот

Оперон – это функциональная единица ДНК прокариот. Строение:

  1. Промотор – участок, к которому присоединяется фермент РНК-полимераза

  2. Оператор – участок, которому присоединяется репрессор, который не дает РНК-полимеразе двигаться по ДНК

  3. Структурные гены – содержат информацию о структуре белка. У прокариот в одном опероне находятся гены нескольких белков, необходимых для осуществления какой-либо биохимической реакции.

  4. Терминатор – участок, в котором РНК-полимераза отсоединяется от ДНК.

Лактозный оперон открыли Жакоб, Моно и Львов в 1961 г. Его работа:

  1. Когда в среде нет лактозы, кишечная палочка не вырабатывает ферменты, необходимые для ее расщепления, потому что к оператору присоединен репрессор, который не дает происходить транскрипции.

  2. Когда в среде появляется лактоза, то она соединяется с белком-репрессором, он денатурирует и отсоединяется от оператора. Теперь ничто не мешает РНК-полимеразе делать иРНК, на которой рибосомы тут же делают белки.

  3. Белки-ферменты расщепляют лактозу, в том числе и ту, что была присоединена к репрессору, он возвращается на место, транскрипция прекращается.

Регуляция синтеза белка у эукариот

У прокариот, если какой-нибудь участок транскрибируется, то он автоматически транслируется, т.е. регуляция синтеза белка у прокариот осуществляется на уровне транскрипции.

У эукариот транскрипция и трансляция пространственно разделены (транскрипция в ядре, трансляция в цитоплазме), и регуляция синтеза белка происходит в три этапа

  • транскрипция

  • экспорт из ядра

  • трансляция

Регуляция синтеза белка у эукариот осуществляется в основном на уровне трансляции, когда регуляторные вещества присоединяются к управляющим участкам 3’-НТО и 5’-НТО.

  • 5'-НТО отвечает за частоту трансляции

  • 3'-НТО отвечает за время жизни иРНК в цитоплазме.

Транскрипция у эукариот регулируется почти так же, как у прокариот. Разница:

  • у эукариот транскрипция может не только подавляться репрессорами, присоединенными к операторам, но и стимулироваться активаторами, присоединенными к энхансерам.

  • опероны у эукариот пространственные, т.е. участок, к которому присоединен репрессор, может находиться не в том же участке хромосомы, где лежат промотор и структурные гены, и приближаться к ним за счет укладки ДНК в интерфазном ядре.


ВИЧ и СПИД

ВИЧ-инфекция вызывается вирусом иммунодефицита человека. На последней стадии ВИЧ-инфекции иммунная система человека полностью разрушается и организм поражается условно-патогенными микроогранизмами (в норме живущими в организме и не причиняющими вреда), такая стадия называется СПИД (синдром приобретённого иммунодефицита), она заканчивается смертью больного.

Почему иммунная система человека не справляется с ВИЧ.

  • Он паразитирует на управляющих клетках иммунной системы – лимфоцитах Т-хелперах.

  • ВИЧ относится к ретровирусам, т.е. в его жизненном цикле есть обратная транскрипция. Она происходит с большим количеством ошибок, так что ВИЧ очень быстро мутирует и выработать длительно действующие антитела против него невозможно.

  • Внутри ВИЧа содержится фермент интеграза, которая вставляет ДНК-провирус в хромосомы клетки. В виде провируса ВИЧ может затаиться в клетке; в таком случае иммунная система не может определить, что клетка поражена.

  • ВИЧ выходит из клетки путем почкования (экзоцитоза), при этом одеваясь липидной оболочкой (суперкапсидом). Зараженная клетка может долго жить и продуцировать вирусы.

ВИЧ нестоек, в окружающей среде быстро разрушается. Передается от человека к человеку через кровь, сперму, грудное молоко:

  • при половых сношениях;

  • от матери к плоду во время беременности и родов;

  • от матери ребенку и от ребенка матери при грудном вскармливании;

  • при переливании крови;

  • через загрязненные медицинские инструменты.

Наиболее высока заболеваемость наркоманов, использующих для введения наркотиков общие шприцы.

Профилактика:

  • ограничение числа половых партнеров и использование презервативов;

  • применение одноразовых медицинских инструментов;

  • обязательное исследование крови доноров;

  • борьба с наркоманией, проституцией;

  • проведение массовых обследований на ВИЧ-инфекцию, включая анонимные.


Репликация

Удвоение ДНК происходит в синтетической фазе интерфазы.  Каждая молекула ДНК превращается в две одинаковые дочерние молекулы ДНК. Это нужно для того, чтобы во время деления клетки каждая дочерняя клетка получила свою копию ДНК.

Фермент ДНК-хеликаза разрывает водородные связи между азотистыми основаниями, двойная цепочка ДНК расплетается на две одинарных. Затем фермент ДНК-полимераза достраивает каждую одинарную цепочку до двойной по принципу комплементарности.

Каждая дочерняя ДНК содержит одну цепочку из материнской ДНК и одну новосинтезированную – это принцип полуконсервативности.

Согласно принципу антипараллельности цепочки ДНК лежат друг к другу противоположными концами. ДНК может удлиняться только 3'-концом, поэтому в каждой репликационной вилке только одна из двух цепочек синтезируется непрерывно. Вторая цепочка (отстающая) растет в 5'-направлении с помощью коротких (100-200 нуклеотидов) фрагментов Оказаки, каждый из которых растет в 3'-направлении, а затем с помощью фермента ДНК-лигазы присоединяется к предыдущей цепочке.

Скорость репликации у эукариот – 50-100 нуклеотидов в секунду. В каждой хромосоме имеется множество точек начала репликации, от каждой из которых расходятся 2 репликационные вилки; за счет этого вся репликация занимает около часа.

Концевая недорепликация

ДНК-полимераза не может начинать цепочку ДНК, для этого существует фермент праймаза, который на матрице ДНК синтезирует РНК-фрагмент (праймер, 10-20 нуклеотидов), от 3'-конца которого начинает работать ДНК-полимераза. Праймер затем удаляется, а это место достраивается ДНК-полимеразой следующего по счету фрагмента Оказаки.

На конце хромосомы у последнего фрагмента Оказаки нет «следующего», поэтому некому достроить ДНК на пустом месте, получившемся после удаления праймера. Поэтому после каждой репликации у дочерних хромосом укорачиваются оба 5'-конца (концевая недорепликация).

На концах хромосом имеются участки, не несущие наследственной информации – теломеры. Их укорочение не приносит вреда; у человека они рассчитаны примерно на 60 репликаций. Больше 60 раз (число Хейфлика) клетки человека поделиться не могут, поскольку концевая недорепликация начинает затрагивать гены.

Стволовые клетки (в коже, красном костном мозге, семенниках) должны делиться гораздо больше, чем 80 раз. Поэтому в них функционирует фермент теломераза, который после каждой репликации удлиняет теломеры.

Теломераза удлиняет выступающий 3'-конец ДНК, так что он увеличивается до размера фрагмента Оказаки. После этого праймаза синтезирует на нем праймер, и ДНК-полимераза удлиняет недореплицированный 5'-конец ДНК.

Геном эукариот

Ген – это участок ДНК, несущий информацию о строении одного полипептида или одной РНК.

Геном – это совокупность генов одинарного набора хромосом. В состав генома человека входит примерно 40 тысяч генов. Примерно 10 тысяч из них являются генами «домашнего хозяйства», т.е. работают во всех клетках. Остальные 30 тысяч «генов роскоши» работают только в определенных тканях и органах.

Генотип – это совокупность всех генов организма (в диплоидных клетках состоит из двух геномов – отцовского и материнского).

У эукариот около 5% ДНК составляют экзоны (участки гена, кодирующие белок), 25% – интроны (участки гена, которые транскрибируются, но затем удаляются при сплайсинге), а остальные 70% составляют спейсеры – нетранскрибируемые участки ДНК между генами. К ним относятся участки:

  • принимающие участие в компактизации ДНК

  • принимающие участие в укладке хроматина в интерфазном ядре, в том числе прикрепляющие ДНК к ядерной оболочке изнутри

  • центромеры – участки, к которым прикрепляются нити веретена деления

  • теломеры – концевые участки хромосом, выполняющие роль буфера против концевой недорепликации

  • промоторы, операторы, энхансеры и терминаторы


Строение хромосом

Наследственный материал клетки (НМК) состоит наполовину из ДНК и наполовину из белков. Большинство белков НМК относится к гистонам (щелочным белкам). Белки НМК участвуют в упаковке ДНК, а так же регулируют и осуществляют транскрипцию, репликацию и репарацию.

В состав генома человека входит около 3 миллиардов нуклеотидов, таким образом, в каждом клеточном ядре содержится ДНК длиной около метра. Чтобы поместиться в ядре, нить ДНК упаковывается.
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   14